美研制出首个以激子为基础的集成电路

2008-06-25 12:39:47来源: 科技日报

      美国加州大学圣迭戈分校的物理学家证明,一种称为激子(exci鄄tons)的粒子,因其在衰变时可发出闪光,有可能被应用于一种新形态的运算,从而加快通信速度。该校物理教授莱昂尼德.布托夫及其同事,已制造出数个基于激子的晶体管,这些晶体管有望成为新型电脑的基本模块,他们所装配出的电路也成为世界上第一个使用激子的运算装置。该成果发表在本周的《科学》杂志网络版上。

      晶体管是电子设备的基本模块,目前均使用电子来传递计算所需的信号。但几乎所有的通信设备都使用光或光子来传送信号,信令语言需要从电子转换成光子,因而限制了电子设备的运行速度。

      布托夫称,新型晶体管使用激子来处理信号,如同电子一样可由电压来控制,但并不需要在电路的输出端转换成光子。由光在砷化镓之类的半导体中制造出来的激子,可将带负电的电子从一个带正电的空穴中分离。如果这一对仍有连接,它就会形成激子。当电子与空穴重新结合时,激子就会衰变,其能量将以一道闪光释出。

      布托夫等人使用了一种特别类型的激子,电子与其空穴被限制在相距数个纳米的不同量子阱。这样的设置创造出了利用电极提供电压来控制激子流动的机会。这些电压“门”制造出的能量冲击,能够暂停激子的移动或允许它们的流动。一旦能量壁垒被移除,激子就能够行进到晶体管的输出端,并转换成光,直接馈入通信电路,排除了转换信号的需要。研究人员表示,这种激子到光子的直接耦合,桥接了运算与通信之间的缺口。

      科学家们通过将激子晶体管结合形成数种类型的开关,从而创造出一种简单的集成电路,它能精确地指挥信号沿着一个或数个路径前进。因为激子的速度很快,所以这些开关能迅速翻转。到目前为止已证明可实现200皮秒(1皮秒为1万亿分之一秒)量级的切换时间。虽然激子运算本身也许并没有电子电路来得快,不过当信号送往另一台机器,或在一个芯片上以光学连接的不同部位间传递时,速度优势就会显现出来。

      布托夫等人所研制的电路表明,激子可用来进行运算,但在实际应用时将需要使用不同的材料。砷化镓激子电路只能在低于40K(-233℃)的寒冷温度下运行,这是因激子结合能而产生的限制。温度高于此,电子将不会与它们的空穴结合而在结构中形成激子。研究人员表示,通过选择不同半导体材料可增加运行温度。

关键字:激子  晶体管  基本模块  电子  空穴

编辑:吕海英 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/news/ledanddisplay/200806/article_21512.html
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